安建華，韋紅映，陳 潔

（杭州普洛賽斯檢測科技有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

乙二胺是一種重要的化工原料，具有典型氨味、刺激和腐蝕性，屬于低毒化學品，被廣泛應用于化工、醫(yī)藥、其他制造業(yè)當中。由于其易揮發(fā),在制作施工中逸散在空氣中，對人體呼吸道黏膜及視角膜造成腐蝕危害。目前我國工作場所空氣標準[1]中規(guī)定工作場所空氣中乙二胺的時間加權平均容許質量濃度為4 mg/m3，短時間接觸容許質量濃度10 mg/m3。而對于環(huán)境空氣和無組織廢氣的限值，國家暫未制定標準，環(huán)境空氣評價目前通行的一般是參照《蘇聯(lián).CH245-71 居民區(qū)大氣中有害物質的最大允許濃度》的限值，其中規(guī)定乙二胺最大一次允許質量濃度為0.001 mg/m3（1 μg/m3），24 h 最大允許質量濃度也為0.001 mg/m3，環(huán)境空氣的限值要求比工作場所要低很多，對于分析者來說環(huán)境空氣和無組織廢氣乙二胺檢測也更具有挑戰(zhàn)性。檢測標準方面，國家標準職業(yè)衛(wèi)生方法[2]規(guī)定乙二胺用堿性硅膠管采樣，硫酸水溶液解吸，再用氫氧化鈉水溶液中和后進氣相色譜（配備FID 檢測器）分析，乙二胺檢出限為3.9 μg/mL，若按照這個標準檢測環(huán)境空氣或無組織空氣，即使以0.5 L/min 采樣120 min 環(huán)境空氣，采樣體積60 L 計算，乙二胺最低檢出質量濃度為0.26 mg/m3，顯然高于0.001 mg/m3評價標準。該標準要用于環(huán)境空氣中乙二胺的檢測，是無法滿足環(huán)境空氣的評價的要求的。環(huán)境空氣的檢測標準[3]規(guī)定使用0.1 mol/L 硫酸水溶液作為吸收液，陽離子色譜法直接分析氨、甲胺、二甲胺、三甲胺4 種物質，但標準上并未涉及乙二胺檢測相關內容。在另外一個環(huán)境空氣國家標準[4]，標準使用0.06 mol/L 硫酸水溶液作為吸收液，加堿性中和后，頂空進樣-氣相色譜分析環(huán)境空氣和廢氣中三甲胺，（FID/NPD 兩種檢測器均可），色譜柱為堿性脫活的100%二甲基聚硅氧烷毛細管柱，標準中除了三甲胺檢測的內容外，還有其他關于胺的同系物如氨、甲胺、二甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺幾個物質的檢測內容，但標準也同樣沒有提到乙二胺。除國家標準外，各家學者對于乙二胺的檢測研究也有很多，主要檢測方法除了氣相色譜法外，還有離子色譜法、衍生-高效液相色譜法、高效液相-串聯(lián)液質法等。高效液相色譜法如吳川等[5]考慮到乙二胺極性強，氣相分析困難，并且乙二胺沒有紫外或熒光基團、在普通C18 液相色譜柱上保留時間短等問題，使用丹磺酰氯在弱堿條件衍生乙二胺，乙酸乙酯萃取后，進高效液相色譜儀器，用DAD 紫外檢測器檢測，乙二胺衍生物在質量濃度為0.898～71.84 mg/L呈線良好性關系，最低檢出質量濃度為0.070 mg/m3（以采樣體積3.0 L 計）。張琳等[6]使用氯甲酸-9-芴甲酯在弱堿條件下對18 種脂肪胺類（含乙二胺）進行衍生，用熒光-高效液相色譜法檢測，也收到了較好的檢測效果。高效液相-串聯(lián)液質法如穆麗娜等[7]使用對甲苯磺酰氯衍生藥品西格列汀中的雜質乙二胺后，用高效液相-串聯(lián)質譜檢測乙二胺衍生物含量，ESI+模式、多反應監(jiān)測，線性范圍0.50～33.5 μg/L，檢出限0.55 μg/L。離子色譜法如王莉等[8]建立了離子色譜法檢測吡嗪鹽酸鹽中乙二胺，在0.054～0.864 μg/mL質量濃度范圍內乙二胺線性良好，檢出限0.018 μg/mL。綜合以上國家標準和各研究者成果來看，檢測乙二胺方法有多種，各有優(yōu)點，也存在一些不足，如氣相色譜、高效液相、離子色譜法此類儀器性價比高，各類實驗室配備比較普遍，儀器容易學習和操作，但該類儀器對化合物定性能力稍弱。高效液相-串聯(lián)質譜法檢測限低、定性能力強，但儀器較為昂貴，操作較為復雜。因此，開發(fā)一種檢測限低、定性能力強、所用儀器的普及率高的檢測方法非常有必要，氣相色譜-質譜儀器就是一種比較適合的儀器種類，開發(fā)氣相色譜-質譜法檢測環(huán)境和無組織空氣中乙二胺非常符合設想要求的。

1 實驗部分

1.1 儀器和裝置

7890A-5975C 氣相色譜-質譜聯(lián)用儀器，安捷倫公司，配備EI 離子源；烘箱，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；水浴氮吹儀，上海安譜實驗科技股份有限公司；萬分之一電子天平，梅特勒公司。

1.2 材料與試劑

乙二胺，色譜純試劑，純度≥99.5%，國藥集團化學試劑公司；三甲基乙酸酐，分析純，純度≥99.5%，北京百靈威科技有限公司；丙酮，農殘級試劑，純度≥99.8%，上海安譜實驗科技股份有限公司；乙酸乙酯，農殘級試劑，純度≥99.8%，北京百靈威科技有限公司；碳酸鈉，分析純，純度99.8%，天津科密歐化學試劑有限公司；酸性硅膠管，內填200/100 mg 硅膠，硅膠硫酸負載量60 mg，北京勞保所科技發(fā)展有限責任公司。

1.3 樣品的采樣、運輸和保存

1.3.1 小時均值和24 h 均值的采樣

環(huán)境空氣和無組織廢氣的采樣方式一般分為小時均值和24 h 均值兩種，采樣將酸性硅膠管兩端截斷打開，以0.5 L/min 流量采集60 min 為小時均值采樣；以0.5 L/min 流量采集24 h 則為24 h 均值采樣。

1.3.2 樣品運輸和保存

樣品采集完畢，立即封閉硅膠管的進氣和出氣口，然后置于清潔包裝容器中進行運輸，盡快送回實驗室，如樣品不能及時分析，應該于4 ℃下保存，7 d內應完成分析工作。

1.4 樣品前處理和衍生

1）硅膠管用小砂輪隔開，取出里面的硅膠，倒入解吸管內，加入0.50 g 碳酸鈉，純水4 mL，渦旋萃取30 s，此時萃取液pH 為10 左右。

2）用移液管移取萃取液2 mL，放入20 mL 的頂空瓶內，加入丙酮3 mL，三甲基乙酸酐50 μL，加蓋密封，放入70 ℃烘箱內衍生1 h（反應方程式見圖1）。

圖1 乙二胺的三甲基乙酰化

3）衍生完畢，將頂空瓶冷卻至室溫，開蓋45 ℃水浴氮吹至2 mL，加入乙酸乙酯1 mL，渦旋萃取30 s，靜置分層后取乙酸乙酯層裝入進樣小瓶內，進氣相色譜-質譜儀器分析。

1.5 標準溶液的制作

1）用萬分之一的天平稱取乙二胺試劑25 mg 到25 mL 容量瓶內，加入純水溶液定容至刻度，配成質量濃度為1 000 μg/mL 的乙二胺準溶液，用純水逐步稀釋至4 μg/mL 的乙二胺工作液。

2）取7 支酸性硅膠，將管內的硅膠取出后放入7 支解吸管內，各加入0.50 g 碳酸鈉，純水4 mL，渦旋30 s，靜置后取各取解吸液2 mL 到7 個20 mL 的頂空瓶內，備用。

3）每個頂空瓶內加入4 μg/mL 乙二胺工作液0、5、10、20、40、80、160 μL，再另外各加入丙酮3 mL，三甲基乙酸酐50 μL，加蓋密封，放入70 ℃烘箱內衍生1 h，其余操作同樣品，標準曲線的質量濃度分別為0.00、0.02、0.04、0.08、0.16、0.32、0.64 μg/mL。本研究對標準曲線制備進行了6 次平行實驗，線性相關系數(shù)良好，相關系數(shù)≥0.996。

1.6 氣相色譜-質譜分析條件

汽化室溫度設置：280 ℃；輔助溫度：300 ℃；離子源溫度：230 ℃；色譜柱：DB-5MS 毛細管色譜柱，30 m×0.25 mm×0.25 μm；柱溫：60 ℃保持2 min，以30 ℃/min 速度上升到300 ℃，保持2 min；進樣方式：不分流進樣，40 s 后分流開啟；進樣量：1 μL；質譜掃描方式：選擇離子掃描，溶劑延遲7.0 min，掃描離子質荷比（m/z）為102、127、171，定量離子質荷比（m/z）為127，定性離子質荷比（m/z）為102、171（圖2乙二胺衍生產物質譜圖）。

圖2 乙二胺衍生產物質譜圖

定量方式：外標法。

1.7 方法檢出限

本方法在采用離子掃描方法（SIM），以3 倍噪音比確定檢出限為6 ng/mL，10 倍信噪比確定了定量限為20 ng/mL；當定容體積1.0 mL，環(huán)境空氣或無組織廢氣測小時均值，以采集30 L 氣體計算，最低檢出質量濃度0.4 μg/m3；24 h 均值采樣時，以采樣體積720 L 氣體計算，最低檢出質量濃度為0.02 μg/m3，方法可以滿足《蘇聯(lián).CH245-71 居民區(qū)大氣中有害物質的最大允許濃度》的限值要求。

2 討論

2.1 本方法的優(yōu)點

乙二胺由于帶有2 個胺基，極性強，同時相對分子質量也偏小，直接用氣質或氣相色譜分析存在色譜峰拖尾嚴重、有用的離子碎片少、儀器靈敏度差無法滿足環(huán)境空氣的評價標準限值等問題。使用三甲基乙酸酐對乙二胺進行?；磻梢杂行Ы档鸵叶返臉O性，改善其在色譜峰形狀，此外衍生增大乙二胺的相對分子質量，使得氣質分析過程中有用的離子碎片增多，提高了儀器檢測乙二胺的靈敏度。現(xiàn)有技術對胺基的衍生有許多種，比如丹磺酰氯、氯甲酸-9-芴甲酯、對甲苯磺酰氯等，但此類物質衍生乙二胺后，衍生產物的沸點太高難以汽化，不適合氣相色譜-質譜分析。胺基的另外一大類常用衍生劑氯甲酸酯類，本次研究選擇了氯甲酸酯類中的典型代表氯甲酸異丁酸酯進行乙二胺衍生實驗，雖然該衍生劑和乙二胺反應速度較快，產物可以在氣相質譜上分析，但由于乙二胺和氯甲酸異丁酸酯衍生產物雙胺酯揮發(fā)性較差，靈敏度難以達到環(huán)境空氣評價限值的要求。酸酐類的衍生試劑，本次研究分別選擇了三氟乙酸酐、七氟丁酸酐、乙酸酐、異丁酸酐、三甲基乙酸酐這幾種作了比較，結果表明，三氟乙酸酐和七氟丁酸酐衍生乙二胺的產物具有更大的揮發(fā)性，氣相質譜上分析有用高分子量的離子碎片也更多，但是兩者在水溶液中穩(wěn)定性不佳，尤其是在堿性水中，無法建立有效的標準曲線，三氟乙酸酐和七氟丁酸酐只有在無水條件下才能和乙二胺反應充分，衍生效果才讓人滿意。而乙酸酐和異丁基酸酐兩者雖然也可以在水相中?；叶?，但兩者的衍生產物在普通DB-5MS 毛細管色譜柱上仍舊存在一定的拖尾現(xiàn)象，推測乙二胺經(jīng)過乙酸酐或異丁酸酐?；?，相應的衍生產物上所帶的乙基或則異丁基在分子空間上不足以完全屏蔽2 個胺基。相比較而言，三甲基乙酸酐在堿性水溶液中穩(wěn)定性較好，?；磻耆?，衍生物的沸點和揮發(fā)性都適合于氣相質譜進行分析，并且衍生物的峰形對稱尖銳，不存在拖尾現(xiàn)象，線性、靈敏度、穩(wěn)定性均令人滿意。

2.2 采樣管的選擇

職業(yè)衛(wèi)生標準[2]規(guī)定堿性硅膠管采樣，但在本次研究中發(fā)現(xiàn)堿性硅膠管的乙二胺的加標回收率較低，更換堿性硅膠管廠家后仍然沒有改善，而使用酸性硅膠，乙二胺加標回收率較好，回收率在92%～105%范圍內，酸性硅膠管回收率良好的原因是酸性硅膠管除了硅膠可以吸附乙二胺外，硅膠上負載的硫酸可以迅速和胺類物質成鹽，從而將其穩(wěn)定地保留在硅膠采樣管上。

2.3 衍生條件討論

2.3.1 丙酮的加入

三甲基乙酸酐在水溶液性中的溶解度不佳，因此需要加入一定的有機溶劑讓三甲基乙酸酐和水相互溶。本次研究比較了乙腈、丙酮、N，N-二甲基乙酰胺，甲醇因本身可以和酸酐反應排除在外，綜合效果來看，丙酮是最合適的溶劑，它與水、三甲基乙酸酐的互溶性很好，反應結束后也很容易通過氮吹方式除去。因此，本方法采用丙酮作為互溶劑加入衍生反應，加入量2～3 mL 是合適的，丙酮加入太少三甲基乙酸酐溶解不徹底，太多則樣品被過度稀釋需要加入更多的三甲基乙酸酐，氮吹時間也要更長。本研究加入的丙酮的量定為3 mL。

2.3.2 ?；磻猵H 的影響

本次研究了pH 為7～12 范圍內對衍生反應的影響，發(fā)現(xiàn)pH 為9.5～10.5 是三甲基乙酸酐進行?；磻囊粋€pH 合適范圍。在此范圍內，pH 變化對衍生的影響不大；但不在此范圍內，如相同濃度乙二胺在pH 7～8 條件下衍生出的質譜峰面積相當于pH 為9.5～10.5 條件下的75%左右；而在pH 為11～12 范圍內，相同濃度乙二胺衍生質譜峰面積相當于pH 為9.5～10.5 條件下的89%左右；因此本研究選擇pH=10 作為衍生乙二胺的pH 條件。

2.3.3 酰化衍生溫度的影響

本方法最佳衍生條件是70 ℃衍生。溫度過低，如在室溫條件（25 ℃）下乙二胺酰化反應較慢，反應也不徹底，標準曲線的線性不佳；50～60 ℃已經(jīng)可以比較順利進行反應，跟70 ℃相比，相同濃度衍生60 min，50～60 ℃衍生的質譜峰面積可以達到70 ℃衍生的93%左右；而更高的衍生溫度，如80 ℃或90 ℃，未能進一步提高衍生質譜峰面積，峰面積反而略有下降；因此本研究的衍生溫度定為70 ℃。

2.3.4 酰化反應時間的影響

即使70 ℃衍生30 min，乙二胺質譜衍生峰面積就可以達到70 ℃衍生60 min 的94%左右，而更長的衍生時間，如70 ℃衍生120 min，質譜峰面積未能提高，從衍生效果和時間效率考慮，本研究的衍生條件定為70 ℃衍生60 min。

2.3.5 三甲基乙酸酐的用量

三甲基乙酸酐用量小于50 μL，如20～30μL 的用量，乙二胺的衍生標準曲線的線性相關系數(shù)只有0.992，此外平行樣品的偏差也較大，7 個平行樣品的RSD 為16%；當三甲基乙酸酐到50 μL 時，標準曲線的線性相關系數(shù)良好，可以達到0.996，7 個平行樣品的RSD 為8.5%；而更多的三甲基乙酸酐用量，如100、150 μL，乙二胺衍生物的標準曲線的線性、RSD值沒有進一步得到改善，過多的衍生試劑反而會在后續(xù)質譜分析過程帶來更多的干擾。因此，本研究的三甲基乙酸酐的用量定為50 μL。